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微惯性测量系统关键技术研究

杨金显  
【摘要】: 本文结合航弹实际课题的要求,主要研究了微机械陀螺数学模型、测试、漂移建模、信号去噪及捷联姿态矩阵更新算法、动基座传递对准等关键技术,并在某工程应用上进行了新的探索。 1.推导和分析了振动式微机械陀螺微分方程,在此基础上分析了陀螺性能指标,并根据实际工程的需要提出了一种单速率陀螺仪测试方法,与多速率测试相比,测试结果接近,适用于对交付验收后的陀螺仪进行考核性测试。 2.分别用Allan方差法和国军标法分析微机械陀螺误差源,两者得到的参数相近。对预处理后的陀螺漂移数据进行ARMA建模,从工程可实现的角度考虑,采用ARMA(2,1)模型,补偿前后的陀螺漂移均方差为14.84byte和2.97byte,降低了3.74倍。 3.在某型微机械陀螺温漂误差源分析和温漂数据的基础上,提出两种改进的灰色建模方法:一是对初始数据序列作预处理,改善其光滑度,再进行建模;二是从GM(1,1)模型的建模机理考虑,用微分方程的数值方法来建立GM(1,1)模型。GM(1,1)改进型Ⅰ的建模精度比传统GM(1,1)模型建模精度提高了4.02倍。 4.在实测数据的基础上,提出了一种基于局域波分解的陀螺信号去噪方法,并与小波阈值法去噪作了对比。在小波阈值去噪中采用了指数型阈值函数,选择了sym6小波基并确定了分解尺度原则。局域波去噪采用经验模式分解及噪声相关判别方法,该去噪方法比小波方法更直接,且不受小波函数选择的影响。 5.根据某航弹短时导航系统的特点及性能指标要求,设计了微惯性测量系统,然后推导了修正型罗德里格参数姿态微分方程和姿态矩阵。在角速度矢量的输入下,修正型罗德里格参数法与四元数法相比,精度相近,计算量减少40%;与等效旋转矢量法相比,精度提高,计算量减少70%。在某航弹半实物仿真中,采用修正型罗德里格参数姿态更新算法,俯仰角、滚转角和航向角能很好地跟踪三轴转台姿态,表明该算法适用于航弹的姿态更新。 6.根据各种传递对准方法的优缺点和航弹随载机飞行过程中的特点,选用速度+姿态匹配的动基座传递对准方案,合理简化传递对准数学模型,采用模糊自适应卡尔曼滤波器。仿真、静态试验、车载试验和飞行试验结果表明对准精度满足要求,该传递对准方案可应用于工程实践。 在对飞行控制的要求下,提出了一种近似的传递对准精度测试评估方法。


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